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原子鐘通過測量原子的振動(dòng)模式來保持時(shí)間，而原子的振動(dòng)模式是非常穩(wěn)定和可預(yù)測的。例如，一個(gè)銫-133原子每秒會(huì)精確振蕩9,192,631,770次，這個(gè)數(shù)字自1967年以來一直被用來正式定義秒，為計(jì)時(shí)設(shè)定國家和國際標(biāo)準(zhǔn)。

但總是有改進(jìn)的余地。使用可見光和鐿等原子的光學(xué)原子鐘有可能超過銫原子鐘，現(xiàn)在牛津大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)證明了如何使它們更加精確。這樣做需要利用一種叫做量子糾纏的量子現(xiàn)象。

粒子之間可以變得如此糾纏在一起，以至于測量或改變一個(gè)粒子會(huì)立即影響其伙伴，無論它們之間的距離有多遠(yuǎn)。在理論上，這兩個(gè)粒子可能處于宇宙的兩端，但仍然會(huì)瞬間影響對方。這個(gè)想法曾讓愛因斯坦本人感到不安，但幾十年來，它已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家以前曾利用量子糾纏來提高原子鐘的精確度，方法是在一個(gè)單一的設(shè)備中糾纏一團(tuán)原子。現(xiàn)在，牛津團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將房間對面的兩個(gè)獨(dú)立的原子鐘相互糾纏在一起。

每個(gè)原子鐘都包含一個(gè)單一的鍶離子。一束激光被一分為二，然后每束激光以完全相同的方式被調(diào)制，然后被送入每一個(gè)原子鐘，撞擊鍶離子。這在離子之間產(chǎn)生了一個(gè)量子糾纏鏈接，盡管它們相距2米（6.6英尺）。最終的結(jié)果是第一個(gè)糾纏原子鐘的量子網(wǎng)絡(luò)，它可以被用來比以往更精確地測量時(shí)間。研究人員將測量的確定性提高了2倍。

事實(shí)上，研究小組表示，糾纏的原子鐘網(wǎng)絡(luò)可以超過標(biāo)準(zhǔn)量子極限（SQL），該極限是由于隨機(jī)量子波動(dòng)擾亂測量而產(chǎn)生的。除此之外，精度可以開始接近海森堡極限，這是由量子物理學(xué)定律本身設(shè)定的一條硬線。

然而，這仍然是所使用的特定裝置無法達(dá)到的，該裝置是為量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。該團(tuán)隊(duì)說，一個(gè)專門的量子糾纏原子鐘網(wǎng)絡(luò)可以開始探測主要的物理學(xué)難題，如基本常數(shù)，甚至暗物質(zhì)。

該研究的作者Raghavendra Srinivas博士說：“雖然我們的結(jié)果在很大程度上是原則性的證明，而且我們實(shí)現(xiàn)的絕對精度比最先進(jìn)的技術(shù)水平低幾個(gè)數(shù)量級，但我們希望這里顯示的技術(shù)有朝一日可以改進(jìn)最先進(jìn)的系統(tǒng)。在某些時(shí)候，糾纏將是必需的，因?yàn)樗峁┝艘粭l通往量子理論所允許的終極精度的道路。”

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》雜志上。